柯林斯0级潜艇噪声分析及其减振降噪措施(中文)

第32卷第9期2010年9月舰 船 科 学 技 术

S H I P SCI E NCE A ND TEC HNOL OG Y Vo.l 32,No .9

Sep .,2010

/柯林斯0级潜艇噪声分析及其减振降噪措施

刘兴章,王大海,王雪山

(海军驻大连地区军事代表室,辽宁大连116021)

摘 要: 分析了澳大利亚海军/柯林斯0级潜艇出现的噪声问题,介绍了针对这些噪声问题所采用的减振降

噪措施,为我国潜艇的减振降噪提供参考。

关键词: 潜艇;减振降噪;水动力噪声中图分类号: U661144

文献标识码: A

文章编号: 1672-7649(2010)09-0140-04

DO I :1013404/j 1issn 11672-7649120101091034

The noise ana lysis and controlm ea s ur es review in C ollins cla ss subm ar ine

LIU X ing 2z hang ,WANG Da 2ha,i WANG Xue 2shan

(N avalD eputy O ffice of Dalian Area ,Dalian 116021,Ch i n a)

Abstr act : The noise proble ms of the Collins class submarine ofAustralian navy were ana l y z ed in th is

paper .A ccord i n g to these discovered prob le m s ,the main noise con trolmeasures presented by the paper were used in the Colli n s class submari n e .The analysis resu lts can give helpf ul advices to noise contr ol work of Chinese sub m ari n e .

K ey w ords : sub m arine ;noise con tro;l hydrodyna m ic noise

收稿日期:2010-02-01;修回日期:2010-03-31

作者简介:刘兴章(1971-),男,研究生,工程师,从事舰船监造及噪声测试工作。

0 引 言

澳大利亚海军的/柯林斯0级潜艇是目前世界上最大的常规动力潜艇,也是现役较先进的常规动力潜艇之一。该级潜艇项目的开发,大大促进澳大利亚潜艇建造及维护的水平。但由于澳方造船工业基础比较薄弱,特别是缺乏先进潜艇建造经验,该级潜艇从设计和建造初期开始,就受到层出不穷的事故和质量问题的困扰,其中最主要问题之一,是该艇在中高速情况下噪声水平过高,以至影响了声呐系统的正常工作。为了改进该级潜艇声隐身性能,对潜艇的噪声进行了分析研究,并采取了一系列的减振降噪措施,取得了很好的降噪效果

112

。本文通过对该级艇设计、

建造和使用中的噪声问题及解决措施的分析,介绍潜艇降噪改进的一些基本思路,为我国潜艇的减振降噪工作提供参考。

1 /柯林斯0级潜艇噪声问题的发现及分析

111 噪声问题的发现

该级艇首艇/柯林斯0号于1996年服役,但是第2艘却延迟达18个月。主要是存在一些质量和噪声问题,并被主流媒体不断曝光,以至于政府不得不出面组成独立调查委员会对相关问题展开调查。1999年6月,麦金塔-普利斯托克报告公之于众,暴露了该艇存在的大量质量问题,其中噪声太大使得易受攻击

是重要问题11-22

。

其实,该级艇的噪声问题早在首艇试航时就发现了。航行试验结果表明,该艇在低速航行时性能优良,噪声水平比较低,但水下高速航行(12kn 以上)时噪声大大增强,以至于声呐系统完全失效,被当地媒体调侃为/水下洗衣机0。112 原因及查找分析

对于潜艇而言,噪声主要由机械噪声、螺旋桨噪

第9期刘兴章,等:/柯林斯0级潜艇噪声分析及其减振降噪措施声和水动力噪声等组成。这些噪声在潜艇的不同航速下,对潜艇的辐射噪声有不同的影响。潜艇在电力推进工况下,低速时噪声主要来自机械噪声,而中高速时螺旋桨噪声及水动力噪声是主要噪声源。为了解决该级艇的水下噪声问题,澳方对机械噪声及水动力噪声做了大量的研究工作。

1)机械噪声控制取得较好效果

鉴于以往/白龙0级潜艇的使用经验,澳大利亚海军对于/柯林斯0级潜艇机械噪声的控制,从设计到建造全过程,都给予了极大的关注。主要措施包括对主辅机、泵等主要噪声源提出较高的噪声指标要求;在主要机械设备间层层加入减振措施,甚至双层甲板的上层建筑与艇体耐压壳之间也加入减振手段;主要管路使用挠性接管;艇体大量敷设阻尼材料等,使机械噪声的控制取得较大的成果。相关的科研部门还对主动减振装置进行研究,通过在柴油机双层减振的中间质量上加装主动减振装置,大大降低了柴油机座的振动水平。在后续的试验中表明,该级艇在低速航行工况噪声很低,甚至低于海洋环境背景噪声

132

。

未进行降噪改进的该级潜艇参加美澳联合军演的成绩也表明,该级艇具有良好的低速静音性能,成功地控制了机械噪声的水平。2002年,澳海军的/柯林斯0级潜艇/希恩0号与美国/洛杉矶0级潜艇/奥林匹亚0号在夏威夷进行了一周的严格实战演习,双方各自扮演攻守角色,并且几乎打成平手。澳大利亚海军的内部刊物写到/柯林斯级在和美国最先进潜舰的对战中取得傲人成绩0。

2)水动力噪声和螺旋桨噪声是主要问题

1996~1997年,澳方对首艇/柯林斯0号的航行试验表明,水动力噪声特别是高速下的水动力噪声,是/柯林斯0级潜艇的主要噪声源,以至于在高速下该艇的声呐无法正常工作。

/柯林斯0级潜艇的设计开发之初,设计者就曾经制作过1条缩比模型,并通过了水洞试验,证明该艇的水动力及螺旋桨噪声没有问题。设计上,为了保证上层建筑的流线形,该型艇上层建筑的系缆桩都设计为可收放形式,航行状态时就收起,以免产生水动力噪声。然而合同签订后,应军方提出的新要求,对该型艇的艇体进行了一些改动,包括:对首声呐导流罩进行了重新设计,加高加大原来的声呐导流罩,目的在于减少声呐的盲区;由于舷侧阵测向声呐有垂直

安装的要求,双甲板中的玻璃钢上层甲板的线型设计

进行了修改;为了适应加大的动力装置的需要,将艇体加长2m ,并对螺旋桨重新进行了设计。由于更改的设计并未安排相应的测试,这也为潜艇的噪声问题埋下了隐患。

螺旋桨空泡噪声是该艇的另一主要噪声源。该艇采用了瑞典设计的七叶大倾斜螺旋桨,但由于该艇后续要求提供更大动力,艇的螺旋桨被重新进行了设计以提供更大的动力。和艇体的更改设计一样,螺旋桨的设计也没有经过重新测试。澳大利亚国防科技协会的研究表明,重新设计的艇体,特别是重新设计的声呐导流罩,水平舵和潜艇的尾部外形(考库姆公司的原设计双层甲板尾部采用半圆形过度,导致严重的旋涡,加大了螺旋桨的空化现象),使高速时水下流场发生变化产生2条明显的湍流。螺旋桨桨叶经过这些湍流,产生了严重振动和空泡。

图1 /柯林斯0级潜艇水面航行图

F i g 11 The navi gati ng diagra m of the Collins c l ass subm ari ne

2 主要减振降噪改进措施

211 复合材料上层建筑和舵的外形及结构修改 澳方研究表明,原设计/柯林斯0级潜艇的耐压壳体上的双层甲板中的上甲板是由玻璃钢制成的,刚性不足并且流线型较差。根据潜艇水下噪声形成的物理数学模型,压力紊流脉动值随着潜艇航速的增大而急剧增大(约为航速的3次方)。在外艇体大段上刚性的不足和存在流线很差的附体是不可取的。尾部过渡区,由于存在结构复杂的尾操作面,不但使流体噪声加大,而且使伴流场不均匀,影响螺旋桨的工

作环境,使其无空泡速度大大降低142

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